DFOS (Distributed Fiber Optic Sensing) è una tecnica che sta diventando sempre più rilevante nel monitoraggio di asset e infrastrutture critiche. Grazie a DFOS, qualsiasi fibra ottica esistente in un’infrastruttura di rete ottica può diventare un array lineare continuo di sensori intelligenti che possono essere utilizzati per misurare la temperatura (DTS-Distributed Temperature Sensing), la deformazione (DSS – Distributed Strain Sensing) o le vibrazioni (DAS – Distributed Acoustic Sensing). Pertanto, la fibra ottica sostituisce centinaia o addirittura migliaia di sensori discreti, può essere monitorata 24/7 da un’unica posizione ed è in grado di fornire informazioni accurate per decine di chilometri senza necessità di manutenzione.
Come funziona
La tecnica DFOS si basa sul lancio di un breve impulso di luce in una fibra ottica. La luce viene riflessa lungo la fibra e una frazione molto piccola di questa viene retrodiffusa verso il dispositivo di misurazione, noto come “interrogatore”. Poiché la velocità della luce nella fibra è ben nota, il segnale ricevuto può essere associato ad una posizione fisica ben definita della fibra. La fibra diventa quindi un sensore continuo. Esistono tre principali meccanismi di diffusione: Rayleigh, Brillouin e Raman.
Lo scattering di Rayleigh è una diffusione lineare della luce nelle disomogeneità (scattering centres) che vengono a crearsi nel processo di fabbricazione delle fibre. Nello scattering di Rayleigh la luce non viene assorbita, ma semplicemente indirizzata in una direzione di propagazione diversa rispetto alla stessa lunghezza d’onda. Le variazioni locali di temperatura, deformazione o vibrazione modificano la quantità di luce diffusa che può essere rilevata dall’interrogatore. Rayleigh è la base per il rilevamento DAS (Distributed Acoustic Sensing).
Lo scattering di Brillouin è un meccanismo anelastico in cui la lunghezza d’onda della luce diffusa è molto simile a quella della luce iniettata, ma sensibile alla deformazione e alle variazioni di temperatura. Misurando queste variazioni di frequenza con l’interrogatore è possibile determinare misure assolute di temperatura e/o deformazione lungo le fibre. Lo scattering di Brillouin è la base per il rilevamento distribuito della temperatura e della deformazione (DTSS).
Lo scattering di Raman è un meccanismo altamente anelastico che risulta dall’interazione con le variazioni termiche molecolari nel vetro. Per questo meccanismo, l’intensità della luce Raman retrodiffusa dipende dalla temperatura mentre è insensibile alla deformazione. Raman è la base per il rilevamento distribuito della temperatura (DTS).
Questi tre meccanismi di back-scattering si verificano simultaneamente all’interno della fibra ottica e ciascuno fornisce diversi tipi di informazioni. La tecnica utilizzata per interrogare la fibra determina il tipo di dati generati. È possibile analizzare le rifrazioni della luce in diversi modi, a seconda della variabile che si desidera misurare: temperatura, deformazione o variazioni acustiche. Per ottenere questi dati in un formato leggibile, l’utente finale ha bisogno di un’interfaccia per “l’interrogatore”.
Progettazione intelligente del cavo
I cavi ottici sono il modo in cui le fibre ottiche vengono rivestite per proteggerle dall’installazione e dall’ambiente. Per il DFOS (Distributed Fiber Optic Sensing) è comune “banalizzare” la progettazione del cavo, presupponendo che qualsiasi cavo sia funzionale per una misurazione. Ma questo non è corretto.
Da un lato, la costruzione del cavo ha un impatto significativo sull’efficienza della fibra ottica in grado di acquisire informazioni dall’ambiente.
D’altra parte, per la maggior parte dei meccanismi di scattering come Rayleigh e Brillouin, temperatura e deformazione sono completamente accoppiati e non esiste un modo semplice per scoprire quale di questi due fattori stia causando un evento. La progettazione di cavi intelligenti può fornire modi per disaccoppiare le grandezze di misura, e questo è il campo in cui Prysmian ha lavorato a lungo negli ultimi due anni, lanciando sul mercato cavi DFOS adatti per scopi multi-rilevamento. Inoltre, il Gruppo Prysmian ha recentemente lanciato un sistema di monitoraggio delle linee di trasmissione aeree che utilizza le fibre ottiche nel cavo OPGW (il cavo di messa a terra della linea AT) per il rilevamento di eventi quali fulmini, cortocircuiti, vibrazioni eoliche, effetto corona e rilevazione incendi.
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Informazioni su Prysmian Group
Prysmian Group è leader mondiale nel settore dei sistemi in cavo per energia e telecomunicazioni. Con quasi 140 anni di esperienza, un fatturato pari a oltre €11 miliardi, circa 29.000 dipendenti in oltre 50 Paesi e 112 impianti produttivi, il Gruppo vanta una solida presenza nei mercati tecnologicamente avanzati e offre la più ampia gamma di prodotti, servizi, tecnologie e know-how. La società opera nel business dei cavi e sistemi terrestri e sottomarini per la trasmissione e distribuzione di energia, cavi speciali per applicazioni in diversi comparti industriali e cavi di media e bassa tensione nell’ambito delle costruzioni e delle infrastrutture. Per le telecomunicazioni il Gruppo produce cavi e accessori per la trasmissione di voce, video e dati, con un’offerta completa di fibra ottica, cavi ottici e in rame e sistemi di connettività. Prysmian è una public company, quotata alla Borsa Italiana nell’indice FTSE MIB.
Sito web: https://it.prysmiangroup.com
